URACIL: RAKENNE, TOIMINNOT, OMINAISUUDET, SYNTEESI - BIOLOGIA - 2025

Urasiilia on pyrimidiini nukleoemäs tyyppi, löytyy ribonukleiinihappo (RNA). Tämä on yksi ominaisuuksista, jotka erottavat RNA: n deoksiribonukleiinihaposta (DNA), koska viimeksi mainitussa on tymiini urasiilin sijasta. Molemmat aineet, urasiili ja tymiini, eroavat toisistaan ​​vain siinä, että viimeksi mainitussa on metyyliryhmä.

Evoluution näkökulmasta on ehdotettu, että RNA oli ensimmäinen molekyyli, joka säilytti geneettisen informaation ja toimi katalysaattorina soluissa ennen DNA: ta ja entsyymejä. Tämän vuoksi urasiilin uskotaan olleen avainasemassa elämän kehityksessä.

Lähde: Kemikungen

Elävissä asioissa urasiilia ei löydy vapaassa muodossa, mutta se muodostaa yleensä nukleotidejä monofosfaattia (UMP), difosfaattia (UDP) ja trifosfaattia (UTP). Näillä urasiilinukleotideilla on erilaiset toiminnot, kuten RNA: n ja glykogeenien biosynteesi, sokerien isomeerinen konversio ja glutamiinisyntaasin säätely.

Rakenne ja ominaisuudet

Urasiili, jota kutsutaan 2,4-dioxypyridine, on empiirinen kaava C ₄ H ₄ N ₂ O ₂, jonka molekyylipaino on 112,09 g / mol, ja puhdistetaan valkoisena jauheena.

Uridiinin rakenne on heterosyklinen rengas, jossa on neljä hiiliatomia ja kaksi typpiatomia, vaihtuvilla kaksoissidoksilla. Se on tasomainen.

Sen liukoisuus on 50 mg / ml 25 ° C: ssa 1 M natriumhydroksidissa ja pKa välillä 7,9 - 8,2. Aallonpituus, jossa sen suurin absorbanssi (ʎ _max) esiintyy, on välillä 258 - 260 nm.

biosynteesissä

Pyrimidiininukleotidien biosynteesille (urasiili ja sytokiini) on yhteinen tie. Ensimmäinen vaihe on biosynteesin karbamoylfosfaatin CO ₂ ja NH ₄ ⁺, joka katalysoi karbamoyyli syntetaasia.

Pyrimidiini on rakennettu karboyylifosfaatista ja aspartaatista. Molemmat aineet reagoivat ja muodostavat N-karbamoyyliaspartaatin, reaktion, jota katalysoi aspartaattitranskaabamoylaasi (ATCase). Pyrimidiinirenkaan sulkeminen johtuu dehydraatiosta, jota katalysoi dihydrootaasi, ja tuottaa L-dihydrotrotaattia.

L-dihydrotrotaatti hapetetaan ja muuttuu orotaatiksi; elektronin vastaanottaja on NAD ⁺. Se on reaktio, jota katalysoi dihydroorotaattidehydrogenaasi. Seuraava vaihe koostuu fosforibosyyliryhmän siirrosta fosforibosyylipyrofosfaatista (PRPP) orotaattiin. Se muodostaa orotidylaatin (OMP) ja epäorgaanisen pyrofosfaatin (PPi), katalysoituna orotaatin fosforibosyylitransferaasilla.

Viimeinen vaihe koostuu orotidylaatin (OMP) pyrimidiinirenkaan dekarboksyloinnista. Se muodostaa uridylaatin (uridin-5'-monofosfaatti, UMP), jota katalysoi dekarboksylaasi.

Sitten, kinaasin osallistumisen kautta, fosfaattiryhmä siirretään ATP: stä UMP: hen, jolloin muodostuu UDP (uridiini-5'-difosfaatti). Viimeksi mainittu toistetaan, muodostaen UTP (uridin-5'-trifosfaatti).

Biosynteesin säätely

Bakteerissa pyrimidiinien biosynteesin säätely tapahtuu negatiivisella palautteella aspartaattitranskaabamoylaasin (ATCase) tasolla.

Tätä entsyymiä estää CTP (sytidiini-5'-trifosfaatti), joka on pyrimidiinin biosynteettisen reitin lopputuote. ATCase: lla on sääntely-alayksiköitä, jotka sitoutuvat allosteriseen säätelijään CTP.

Eläimissä pyrimidiinien biosynteesin säätely tapahtuu negatiivisen palautteen kautta kahden entsyymin tasolla: 1) karbamoyylifosfaattisyntaasi II, jota estää UTP ja aktivoi ATP ja PRPP; ja 2) OMP-dekarboksylaasi, jota estää sen katalysoiman reaktion tuote, UMP. OMP: n biosynteesinopeus vaihtelee PRPP: n saatavuuden mukaan.

Rooli RNA: n biosynteesissä

Urasiilia on läsnä kaikissa RNA-tyypeissä, kuten lähetti-RNA: ssa (mRNA), siirto-RNA: ssa (tRNA) ja ribosomaalisessa RNA: ssa (rRNA). Näiden molekyylien biosynteesi tapahtuu prosessin avulla, jota kutsutaan transkriptioksi.

Transkription aikana DNA: n sisältämä tieto kopioidaan RNA: hon RNA-polymeraasin avulla. Käänteinen prosessi, jossa RNA: n sisältämä tieto kopioidaan DNA: han, tapahtuu joissakin viruksissa ja kasveissa käänteistranskriptaasin avulla.

RNA: n biosynteesi vaatii nukleosiditrifosfaattia (NTP), nimittäin: uridiinitrifosfaattia (UTP), sytidiinitrifosfaattia (CTP), adeniinitrifosfaattia (ATP) ja guaniinitrifosfaattia (GTP). Reaktio on:

(RNA) _{n tähteet} + NTP -> (RNA) _{n + 1} tähde + PPi

Epäorgaanisen pyrofosfaatin (PPi) hydrolyysi tarjoaa energian RNA: n biosynteesille.

Rooli sokerien biosynteesissä

Sokeriesterit ovat hyvin yleisiä elävissä organismeissa. Jotkut näistä estereistä ovat nukleosidiesteridifosfaatteja, kuten UDP-sokereita, joita on hyvin runsaasti soluissa. UDP-sokerit osallistuvat disakkaridien, oligosakkaridien ja polysakkaridien biosynteesiin.

Kasveissa sakkaroosibiosynteesi tapahtuu kahdella tavalla: primaarisella ja sekundaarisella.

Pääreitti on D-glukoosin siirto UDP-D-glukoosista D-fruktoosiin sakkaroosin ja UDP: n muodostamiseksi. Toissijainen reitti sisältää kaksi vaihetta: se alkaa UDP-D-glukoosilla ja fruktoosi-6-fosfaatilla ja päättyy sakkaroosin ja fosfaatin muodostumiseen.

Rintarauhasissa laktoosibiosynteesi tapahtuu UDP-D-galaktoosista ja glukoosista.

Kasveissa selluloosan biosynteesi suoritetaan jatkuvalla kondensaatiolla beeta-D-glukosyylitähteistä UDP-glukoosista kasvavan polyglukoosiketjun pelkistämättömään päähän. Samoin amyloosin ja amylopektiinin biosynteesi vaatii UDP-glukoosia kasvavan ketjun glukoosin luovuttaja-substraattina.

Eläimissä sekä UDP-glukoosia että ADP-glukoosia käytetään glykogeenibiosynteesiin. Samoin kondroitiinisulfaatin biosynteesi vaatii UDP-ksyloosia, UDP-galaktoosia ja UDP-glukuronaattia.

Rooli sokerien isomeerisessä muuntamisessa

Galaktoosin muutos glykolyysin välituotteeksi tapahtuu Leloir-reitin kautta. Yhtä tämän reitin vaiheista katalysoi entsyymi UDP-galaktoosi-4-epimeraasi, joka helpottaa UDP-galaktoosin muuntamista UDP-glukoosiksi.

Rooli glykoproteiinien biosynteesissä

Glykoproteiinien biosynteesin aikana proteiinit kulkevat Golgi-laitteen cis-, keski- ja trans-säkkien läpi.

Jokaisessa näissä säkeissä on joukko entsyymejä, jotka prosessoivat glykoproteiineja. Sokerimonomeerejä, kuten glukoosia ja galaktoosia, lisätään proteiinin oligosakkaridiin UDP-heksoosista ja muista nukleotideista heksoosista.

Heksoosinukleotidit kuljetetaan Golgin säiliöihin antiportin avulla. UDP-galaktoosi (UDP-Gal) ja UDP-N-asetyyligalaktoosamiini (UDP-GalNAc) tulevat sisteriiniin sisteriiniin vaihtamalla UMP: lle.

Golgin säiliössä fosfataasi hydrolysoi fosfaattiryhmän UDP: ssä ja muodostaa UMP: n ja Pi: n. UDP tulee reaktioista, joita katalysoi galaktosyylitransferaasi ja N-asetyyligalaktoosamyylitransferaasi. Fosfataasin muodostama UMP palvelee nukleotidi-heksoosinvaihtoa.

Rooli glutamiinisyntaasin säätelyssä

Glutamiinisyntaasin säätelymekanismi on kovalenttinen modifikaatio, joka koostuu adenylaatiosta, joka inaktivoi sen, ja dedenylaatiosta, joka aktivoi sen. Tämä kovalenttinen modifikaatio on palautuva ja katalysoitu adenyylitransferaasin avulla.

Adenyylitransferaasiaktiivisuutta moduloi PII-proteiinin sitoutuminen, jota säätelee kovalenttinen modifikaatio, uridinylaatio.

Sekä uridylaatio että deuridylaatio suoritetaan uridyylitransferaasilla. Tässä entsyymissä uridylaatioaktiivisuus johtuu glutamiinista ja fosfaatista, ja se aktivoituu sitoutumalla alfa-ketoglutaraattia ja ATP: tä PII: han.

Rooli RNA-muokkauksessa

Joitakin mRNA: ita muokataan ennen käännöstä. Joissakin eukaryoottisissa organismeissa, kuten Trypanosoma brucei, sytokromioksidaasi-alayksikön II geenin kopion RNA-editointi tapahtuu. Tämä tapahtuu lisäämällä urasiilitähteitä, reaktion, jota katalysoi terminaalinen uridyylitransferaasi.

Opas RNA, joka täydentää muokattua tuotetta, toimii mallina muokkausprosessille. Alkuperäisen transkriptin ja ohjaus-RNA: n väliin muodostetut emäsparit sisältävät G = U-emäspareja, jotka eivät ole Watson-Crick ja ovat yleisiä RNA: ssa.

UDP-glukoosin biosynteesi

Fysiologisissa olosuhteissa glykogeenin biosynteesi glukoosi-1-fosfaatista on termodynaamisesti mahdotonta (AG-positiivinen). Tästä johtuen ennen biosynteesiä tapahtuu glukoosi-1-fosfaatin (G1P) aktivaatio. Tämä reaktio yhdistää G1P: n ja UTP: n muodostaen uridiinidifosfaattiglukoosin (UDP-glukoosi tai UDPG).

Reaktiota katalysoi UDP-glukoosipyrofosforylaasi, ja se on seuraava:

G1P + UTP -> UDP-glukoosi + 2Pi.

Gibbs-vapaan energian variaatio tässä vaiheessa on suuri ja negatiivinen (-33,5 KJ / mol). Happireaktion aikana G1P hyökkää UTP: n alfafosforiatomia ja muodostaa UDP-glukoosia ja epäorgaanista pyrofosfaattia (PPi). Seuraavaksi PPi hydrolysoidaan epäorgaanisella pyrofosfataasilla, jonka hydrolyysienergia on mikä johtaa yleiseen reaktioon.

UDP-glukoosi on "korkea-energiainen" aine. Se antaa mahdollisuuden muodostaa glykosidisidokset glukoositähteen ja kasvavan polysakkaridiketjun välille. Sama energinen periaate on sovellettavissa reaktioihin, joissa UDP-sokerit osallistuvat, kuten disakkaridien, oligosakkaridien ja glykoproteiinien biosynteesiin.

Urasiilin DNA-glykosylaasi

On DNA-vaurioita, jotka ilmenevät spontaanisti. Yksi näistä vaurioista on sytokiinin spontaani deaminointi ja sen seurauksena tapahtuva muutos urasiiliksi. Tässä tapauksessa korjaus tapahtuu poistamalla modifioitu emäs DNA: sta entsyymillä, jota kutsutaan urasiili-DNA-glykosylaasiksi.

Urasiili-DNA-glykosylaasi-entsyymi poistaa vaurioituneen sytokiinin (urasiilin) ​​tuottaen deoksiriboositähteen, josta puuttuu typpiemäs, nimeltään AP-kohta (apuriini-apyrimidiinikohta).

AP-endonukleaasi-entsyymi leikkaa sitten AP-kohdan fosfodiesterirungon läpi poistaen sokerifosfaattijäännöksen. DNA-polymeraasi I palauttaa vahingoittuneen juosteen.

Viitteet

1. Bohinski, R. 1991. Biokemia. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware.
2. Devlin, TM 2000. Biokemia. Toimituksellinen käännös, Barcelona.
3. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Solu- ja molekyylibiologia. Toimituksellinen Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Meksiko, Sāo Paulo.
4. Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - Biokemian periaatteet. WH Freeman, New York.
5. Voet, D. ja Voet, J. 2004. Biochemistry. John Wiley and Sons, Yhdysvallat.